酸軋機(jī)組主速控制系統(tǒng)分析與研究

唐山鋼鐵集團(tuán)微爾自動(dòng)化有限公司 黃彩虹

酸軋機(jī)組主速控制系統(tǒng)分析與研究

唐山鋼鐵集團(tuán)微爾自動(dòng)化有限公司 黃彩虹

以某1700mm酸軋機(jī)組建設(shè)項(xiàng)目為背景，在查閱了國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)酸軋機(jī)組的主要設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)工藝流程、儀表配置的了解，選擇了Siemens軟件平臺(tái)，確定了整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)并進(jìn)行程序編寫。在現(xiàn)場實(shí)踐過程中，主要研究了酸軋機(jī)組中的主速度控制系統(tǒng)，其中主速控制系統(tǒng)包括來自二級(jí)的預(yù)設(shè)定值處理、軋機(jī)速度控制加減速等主要功能。通過PLC編程實(shí)現(xiàn)了各個(gè)控制功能的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)動(dòng)態(tài)變規(guī)格進(jìn)行深入的研究、給出了軋制過程中變規(guī)格的改變時(shí)間點(diǎn)和參數(shù)的表格、得出了動(dòng)態(tài)變規(guī)格技術(shù)的調(diào)節(jié)方法、控制模式和計(jì)算方法。

速度控制；加減速；二級(jí)設(shè)定

0 前言

到目前為止，許多大型鋼鐵企業(yè)引進(jìn)的酸軋聯(lián)機(jī)生產(chǎn)線的主要供應(yīng)商有日本日立公司、西門子奧鋼聯(lián)公司等。這些公司提供的自動(dòng)化控制已經(jīng)囊括了世界上所有掌握冷軋帶鋼生產(chǎn)核心技術(shù)。

本文依托于1700mm酸軋聯(lián)機(jī)工程項(xiàng)目，該機(jī)組的產(chǎn)品主要為冷軋產(chǎn)品，整體設(shè)計(jì)為國際先進(jìn)水平，軋機(jī)采用德國SIEMENS VAI設(shè)備。酸軋機(jī)組形式為五機(jī)架全6輥軋機(jī)，每架軋機(jī)均具有工作輥正負(fù)彎、中間輥正負(fù)彎和中間輥串輥的功能。本機(jī)組機(jī)架的最大軋制力為3500T；軋機(jī)入口段的最大速度為400m/min，通過焊縫時(shí)的最大軋制速度及飛剪剪切的最大軋制速度均為300m/min，通過檢查站的最大在線剪切速度為150m/min，軋機(jī)出口最高速度為1350m/ min，卷取速度最高可達(dá)1400m/min。

1 工藝描述

酸軋機(jī)組工藝設(shè)備選用世界先進(jìn)的供應(yīng)商SIEMENS VAI公司，軋機(jī)段機(jī)械設(shè)備采用當(dāng)今世界最先進(jìn)的UCM型軋機(jī)，1～5機(jī)架全部為六輥軋機(jī)，軋制力液壓缸為壓下方式，工作輥和中間輥具有正負(fù)彎輥能力，中間輥具有橫移功能，酸軋機(jī)組的軋機(jī)具有出色的板形和厚度調(diào)控能力，酸軋機(jī)組在軋機(jī)段安裝了共計(jì)4臺(tái)測厚儀、1臺(tái)激光測速儀、6臺(tái)張力計(jì)等特殊儀表。除此之外，板形控制系統(tǒng)配置有先進(jìn)的BFI板形測量系統(tǒng)，并采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析，智能模糊控制等策略，最終達(dá)到控制板形精度的目的。

酸軋機(jī)組的主要工藝流程：經(jīng)過酸洗段開卷機(jī)開卷、矯直、焊接、酸洗、漂洗、切邊后，依次經(jīng)過入口張力輥、糾偏單元、五機(jī)架軋機(jī)，在飛剪處剪切焊縫，完成上一卷帶鋼的軋制；同時(shí)，下一卷帶鋼的頭部穿帶進(jìn)入到卷取機(jī)的穿帶芯軸，開始下卷帶鋼的軋制。在整個(gè)軋制過程中實(shí)現(xiàn)了冷軋帶鋼自動(dòng)穿帶、軋制、甩尾、卸卷的全部過程。

在上述的酸軋機(jī)組生產(chǎn)工藝流程中，帶鋼需要按照來自過程控制計(jì)算機(jī)（Level 2）設(shè)定的速度和張力以及軋制力，完成整條生產(chǎn)線連續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。這些來自過程控制計(jì)算機(jī)（L2）的預(yù)設(shè)定數(shù)據(jù)是根據(jù)熱軋來料的鋼種（Coil Grade）、鋼卷長度（Coil length）、鋼卷寬度(Coil width)等數(shù)據(jù)通過二級(jí)模型計(jì)算得出。本機(jī)組設(shè)備的主要的控制有：酸洗段入口活套、中間段活套、出口活套的位置控制及張力控制、開卷機(jī)和卷取機(jī)的順序控制、張力控制和卷徑計(jì)算、液壓輥縫控制、生產(chǎn)線的速度控制、自動(dòng)厚度控制及自動(dòng)板形控制等。

2 主速控制的研究與分析

2.1 軋制的速度控制

在酸軋機(jī)組的速度控制中，過程控制計(jì)算機(jī)根據(jù)熱軋來料鋼種、帶鋼寬度、帶鋼厚度等給出對(duì)應(yīng)機(jī)架的軋制線速度設(shè)定以及AGC功能計(jì)算出的速度比分配給各機(jī)架軋機(jī)的線速度，并將各架軋機(jī)的線速度轉(zhuǎn)換成軋輥轉(zhuǎn)速發(fā)送給主傳動(dòng)。同時(shí)，軋機(jī)主速控制功能還將發(fā)送加減速轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償及摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)绒D(zhuǎn)矩補(bǔ)償給主傳動(dòng)。

機(jī)架速度控制（SSRH）的速度值主要是通過來自L2的預(yù)設(shè)定和一些補(bǔ)償值計(jì)算得出的。在本機(jī)組中，5#機(jī)架為主速機(jī)架，速度值不需要補(bǔ)償。1-4號(hào)機(jī)架的速度補(bǔ)償主要是通過操作工手動(dòng)調(diào)節(jié)速度、自動(dòng)輥縫控制AGC補(bǔ)償、經(jīng)驗(yàn)值補(bǔ)償、自動(dòng)張力控制補(bǔ)償。這些補(bǔ)償值將復(fù)位動(dòng)態(tài)變規(guī)格FGC值。

經(jīng)驗(yàn)值補(bǔ)償：例如：AGC補(bǔ)償4#機(jī)架SSRH4的值為1%，在SSRH3的補(bǔ)償值保證SSRH3和SSRH4之間的速度比不變。SSRH2和SSRH1也是這種補(bǔ)償方式。

在軋制過程中穿帶速度一般設(shè)定為50mpm，軋制的最高速度為1400mpm，自動(dòng)剪切速度為260mpm。

生產(chǎn)線操作室可通過以下按鈕對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行速度控制：

保持：生產(chǎn)線上加速減速，這個(gè)功能能夠保持某個(gè)中間速度。

穿帶：生產(chǎn)線啟動(dòng)后自動(dòng)加速到一個(gè)由軟件設(shè)定的預(yù)定速度（一般設(shè)定為50mpm），如果生產(chǎn)線運(yùn)行，這個(gè)按鈕使生產(chǎn)線減速到穿帶速度。

加速：生產(chǎn)線加速到一個(gè)預(yù)定的速度，這個(gè)預(yù)定速度可由操作員調(diào)整到最大速度。斷電停車（Power stop）：停車可由通過觸發(fā)帶硬線繼電器回路的電源供電來實(shí)現(xiàn)。

緊急停車（Emergency stop）：通過關(guān)閉帶硬線繼電器回路的傳動(dòng)命令，以傳動(dòng)中設(shè)定的減速來實(shí)現(xiàn)停車，然后在一定延時(shí)后電機(jī)側(cè)的抱閘再打開。

快速停車（Quick stop）：通過PLC中的應(yīng)用程序以最大減速度實(shí)現(xiàn)停車，同時(shí)保持每個(gè)電機(jī)之間的速率。

正常停車（Normal stop）：通過PLC應(yīng)用軟件設(shè)定的速度停車，同時(shí)保證鋼帶質(zhì)量。軋機(jī)速度控制的操作的優(yōu)先順序：緊急停車＞快速停車＞正常＞穿帶＞保持＞

運(yùn)行，優(yōu)先權(quán)是當(dāng)2種模式同時(shí)選擇時(shí)哪個(gè)模式是首選的判斷。例如，在運(yùn)行期間“停止”被操作時(shí)，軋機(jī)停車。

2.2 機(jī)組速度控制加速和減速的計(jì)算

（1）加減速曲線（如圖1所示）

在軋機(jī)加速和減速期間平穩(wěn)的改變速度來防止不適當(dāng)?shù)膹埩Α碜訫RH的一個(gè)速度參數(shù)將在下邊的列表中以S-CURVE的形式表示出。S曲線的單位時(shí)間大約是0.5秒（由軟件定義變量）。

圖1 加減速S-曲線

（2）加減速時(shí)間

完成加減速所需的時(shí)間主要分為三個(gè)檔次：高（完成加減速需要時(shí)間為23.3秒）、中（完成加減速需要時(shí)間為需要31.1秒）、低（完成加減速需要時(shí)間為需要46.6秒），軋機(jī)的加減速計(jì)算分別為：1400mpm/23.3sec，1400mpm/31.1sec，1400mpm/46.6sec。軋機(jī)段快停的減速度：1400mpm/15.6sec；軋機(jī)段快停的緊急減速度：1400mpm/13sec；加減速時(shí)間曲線如圖3所示。

在整個(gè)軋制過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)加速、減速過程，當(dāng)帶鋼到達(dá)軋機(jī)入口時(shí)，軋機(jī)開始自動(dòng)減速，減速到剪切速度后，開始在線自動(dòng)剪切（f l ying shear cut），剪切結(jié)束后自動(dòng)提高軋制速度。

3 結(jié)束語

經(jīng)過一年多的現(xiàn)場運(yùn)行，以提高軋制產(chǎn)品厚度和板形精度為目標(biāo)，對(duì)冷連軋過程中的主速調(diào)節(jié)進(jìn)行了深入研究。優(yōu)化了一套適用于冷連軋的主速度控制系統(tǒng)，將該控制系統(tǒng)方案和控制策略成功應(yīng)用于1700mm酸軋聯(lián)機(jī)生產(chǎn)線，主速控制順利投入使用，現(xiàn)場應(yīng)用取得了良好的控制效果。

黃彩虹（1982—），河北唐山人，大學(xué)本科，現(xiàn)就職于唐山鋼鐵集團(tuán)微爾自動(dòng)化有限公司，主要從事信息自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)、優(yōu)化及開發(fā)工作。